CN107677242A - 一种垂线偏差测量装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种垂线偏差测量装置及方法。在过垂线偏差测点的任意两正交方向上选择四个辅助测点，要求每个方向上两辅助测点之间的距离相等，在辅助测点上安置垂线偏差测量装置进行GNSS高频观测，计算辅助测点两正交方向的精密大地高高差、基线长度、方位角，同时利用流体静力水准测量装置测量辅助测点间两正交方向的精密水准高差，进而利用辅助测点间两正交方向的大地高高差、基线长度、水准高差的数学关系计算垂线偏差测点在两正交方向的垂线偏差分量，最后利用两正交方向垂线偏差分量与方位角及垂线偏差的子午分量和卯酉分量之间的关系计算垂线偏差的子午分量和卯酉分量。本发明可全天候作业，工作量小，节约人力物力，成本低，精度较高等优势。
Description
技术领域
本发明涉及一种垂线偏差测量装置及方法。
背景技术
位于地面上的一个点，其重力向量g和相应椭球面上的法线向量n之间的夹角u为该点的垂线偏差，它表示大地水准面的倾斜。通常将夹角u用子午圈分量ξ(南北方向的分量)和卯酉圈分量η(东西方向的分量)表示。显然，根据所采用的椭球不同可分为绝对垂线偏差和相对垂线偏差，垂线同总地球椭球或参考椭球法线构成的角度称为绝对或相对垂线偏差，它们统称为天文大地垂线偏差。另外，把实际重力场中的重力向量g同正常重力场中的正常重力向量γ之间的夹角称为重力垂线偏差。在精度要求不高时，可以将天文大地垂线偏差看作是重力垂线偏差，即将总地球椭球认为是正常椭球。然而，在高精度测量中，正常椭球的力线与总地球椭球法线是有区别的，区别的大小与地球形状、点的高程及位置有关。
垂线偏差作为一类基本大地测量观测量，在天文大地测量中具有重要的作用，例如：
垂线偏差可用于计算高程异常、大地水准面差距，推求平均地球椭球或参考椭球的大小、形状和定位，并用于天文大地测量数据的归算，也可用于空间技术和精密工程测量。
为了能够及时高效的测定高精度的垂线偏差，需要高效的测量仪器及使用方法。
测定垂线偏差的方法通常有以下四种：天文大地测量方法、重力测量方法、天文重力测量方法以及GPS测量方法。其中重力测量方法和天文重力测量方法都需要全球或一定区域的重力异常数据积分获得所需参量，属于间接法；天文大地测量方法和GPS测量方法可以对观测数据的简单计算获得垂线偏差，可称为直接方法。天文大地测量方法的测量精度最高，可以达到0.3″，即满足天文大地测量规范中对垂线偏差测量的一等精度要求。
然而，上述方法中的前三种都存在工作量大，测量效率低的不足；GPS测量方法测定垂线偏差必须应用水准测量技术，以获取大地水准面差距之差或高程异常差，一般会结合精密水准仪，但由于受仪器本身精度及外界条件的制约，测量精度不高。垂线偏差的测量仪器主要有数字天顶摄影仪，该仪器集成有天顶摄影仪和GPS，测量原理为天文大地测量方法。虽然该仪器测量精度高，但是价格昂贵，且只能在无背景光干扰的晴朗的晚上进行观测。
发明内容
本发明的目的在于提出一种垂线偏差测量装置，该测量装置基于GNSS和流体静力水准测量装置，以便能够快速高效获得一点的高精度垂线偏差。
本发明为了实现上述目的，采用如下技术方案：
一种垂线偏差测量装置，包括三脚架、GNSS接收机和流体静力水准测量装置；
所述三脚架有四个，每个三脚架上安装一个对中整平基座；
所述GNSS接收机有四个，每个GNSS接收机分别位于一个对中整平基座的上方；
在对中整平基座与对应的GNSS接收机之间设有一个连接件；
连接件的下端与对中整平基座相连，连接件的上端与GNSS接收机相连；
在连接件上还设有一个水平向外伸出的固定杆，在固定杆的末端设有导管固定部；
流体静力水准测量装置包括一个蓄水桶和四根导管；
在蓄水桶的侧壁下部开设有四个出水孔，每根导管安装于其中一个出水孔位置；
每个出水孔位置分别安装一个水流控制阀门；
每根导管的末端分别安装于其中一个导管固定部上。
优选地，所述垂线偏差测量装置用于测量测区内某一点的垂线偏差；
定义该点为垂线偏差测点，在经过垂线偏差测点的第一方向上选择两个垂线偏差辅助测点，在经过垂线偏差测点的第二方向上选择两个垂线偏差辅助测点；
所述第一方向和所述第二方向为正交方向，且第一方向上两个垂线偏差辅助测点之间的距离与第二方向上两个垂线偏差辅助测点之间的距离相等；
每个三脚架分别布置于其中一个垂线偏差辅助测点位置。
优选地，所述第一方向/第二方向上两个垂线偏差辅助测点之间的距离范围为50-100m。
优选地，每根导管的读数零刻度线分别与对应GNSS接收机天线相位中心标志水平对准。
优选地，所述对中整平基座上设有固定套筒，在固定套筒侧部设有紧固螺栓；
连接件的下端伸入到固定套筒内，并通过所述紧固螺栓固定；
连接件的上端设有外螺纹，在GNSS接收机的下部设有与所述外螺纹匹配的内螺纹。
此外，本发明还提出了一种垂线偏差测量方法，该方法采用如上所述的垂线偏差测量装置，其具体方案如下：一种垂线偏差测量方法，包括如下步骤：
s1.垂线偏差测量装置的安置
在测区内选择一点作为垂线偏差测点O，在经过垂线偏差测点的第一方向上选择两个垂线偏差辅助测点A、B，在经过垂线偏差测点的第二方向上选择两个垂线偏差辅助测点C、D；
所述第一方向和所述第二方向为正交方向，且第一方向上两个垂线偏差辅助测点A、B之间的距离与第二方向上两个垂线偏差辅助测点C、D之间的距离相等；
第一方向/第二方向上两个垂线偏差辅助测点之间的距离范围为50-100m；
每个三脚架分别布置于其中一个垂线偏差辅助测点位置；
在每个三脚架上依次安装好对中整平基座和GNSS接收机，利用对中整平基座将GNSS接收机与对应的垂线偏差辅助测点进行对中操作，并保持GNSS接收机水平；
将蓄水桶放置于垂线偏差测点位置；
将各个导管的末端分别移动至对应的导管固定部位置，将每根导管的读数零刻度线分别与对应的GNSS接收机天线相位中心标志水平对准，然后固定好导管；
关闭所有的水流控制阀门，向蓄水桶内注满水，注水完成后静置一段时间；
打开各个水流控制阀门，各个导管通水完成后静置一段时间；
s2.利用垂线偏差测量装置获得GNSS观测数据及水准高差
首先打开GNSS接收机进行数据采集前的相应设置，然后开始进行高频GNSS观测；
与此同时，通过流体静力水准测量装置进行多次测量，然后利用测量得到的结果计算得到第一方向和第二方向上的水准高差ΔHAB、ΔHCD；
s3.获得第一方向和第二方向上的大地高高差、基线长度以及方位角
GNSS观测数据采集完成后，利用GNSS数据处理软件采用滑动平均法对垂线偏差辅助测点A、B、C、D四点进行解算，得到第一方向和第二方向上的大地高高差平均值Δh'AB、Δh'CD，基线长度LAB、LCD，以及方位角AAB、ACD；
s4.求得垂线偏差测点O的垂线偏差子午圈分量和卯酉圈分量及精度
将求得的第一方向上的水准高差ΔHAB、大地高高差平均值Δh'AB、基线长度LAB以及第二方向上的水准高差ΔHCD、大地高高差平均值Δh'CD、基线长度LCD分别代入公式(1)，得到垂线偏差测点在第一方向上的垂线偏差分量θAB以及在第二方向上的垂线偏差分量θCD；
然后将第一方向上的垂线偏差分量θAB、方位角AAB以及第二方向上的垂线偏差分量θCD、方位角ACD分别代入公式(2)，得到公式(3)：
θ＝ξcosA+ηsinA(2)
求解上述公式(3)得到解(4)，即垂线偏差的卯酉圈分量ξ、子午圈分量η；
其中，ρ为一弧度对应的角秒值，ρ＝206265；
卯酉圈分量ξ、子午圈分量η对应的精度计算公式如公式(5)所示：
其中，mξ表示卯酉圈分量，mη表示子午圈分量，L表示基线长度，mΔh表示大地高高差测量精度，n表示滑动平均时划分的时间段数。
优选地，所述步骤s2中，所述GNSS观测的时间不小于6.5小时。
优选地，所述步骤s2中，流体静力水准测量装置的测量次数不小于三次，即至少在GNSS观测开始时、GNSS观测中间以及GNSS观测结束时各测量一次。
优选地，所述步骤s2中，在利用流体静力水准测量装置进行测量时，采用目视接触法测量导管内液面的位置，即利用转动测微器带动触针上下移动，当触针移动到触针尖端的实像和虚像正好接触时，由目视测定，而液面的位置读数则由测微鼓读出。
优选地，所述步骤s3中，滑动平均法采用的滑动步长不小于5min。
本发明具有如下优点：
本发明测量装置基于GNSS和流体静力水准测量，具有可全天候作业，效率高，工作量小，节约人力物力，成本低等优势。本发明测量方法基于上述测量装置，并结合滑动平均法处理能够快速高效获得测区内测点的高精度垂线偏差，结果可靠，精度较高。
附图说明
图1为本发明中一种垂线偏差测量装置的结构示意图；
图2为本发明中垂线偏差测点与垂线偏差辅助测点的布置图；
图3为本发明中垂线偏差的测量原理图；
其中，1-三脚架，2-对中整平基座，3-GNSS接收机，4-连接件，5-固定杆，6-导管固定部，7-蓄水桶，8-导管，9-水流控制阀门。
具体实施方式
为了便于理解本发明技术方案，首先对本发明所用垂线偏差测量的原理进行如下说明：
如图3所示，任意方向上近距离两点A、B(要求50-100m左右)的大地高高差Δh，水准高差ΔH，基线长度L以及该方向上的垂线偏差θ存在以下关系：
由于大地水准面和椭球面之间的夹角通常为角秒级，所以该角度的正弦值与角度本身(以弧度为单位)可视为无差别，即上式可以写为：
因此，根据GNSS观测和水准观测可获得该方向的垂线偏差。
又因为基线方向的垂线偏差与大地方位角及测点的垂线偏差两分量存在下式关系：
θ＝ξcosA+ηsinA(3)
则如果有两条基线，则可得公式：
其中，θ1、θ2分别为其中一条基线上的垂线偏差，A1、A2表示方位角。
解公式(4)得：
其中，ρ为一弧度对应的角秒值，ρ＝206265。
从而可求得一点的垂线偏差在子午圈和卯酉圈的分量ξ、η。
将公式(2)全微分得：
则由误差传播定律得垂线偏差θ的方差：
式中，mθ表示任意方向垂线偏差分量，mΔH表示水准高差测量精度，mΔh表示大地高高差测量精度，mL表示基线解算精度。
由上式可知，由基线长度L引起的误差即式中第三项相对于前两项是微小量，忽略不计。
因此，公式(7)可以变换为：
又因为本发明中的垂线偏差测量装置集成了流体静力水准测量装置测量水准高差，且流体静力水准测量装置采用目视接触法测量液面位置，最小读数可达0.01mm。
由误差传播定律可知，水准高测量误差为0.014mm，该值是一个微小量，可以忽略不计。
因此，公式(8)可变换为：
又由公式(9)可知任意方向垂线偏差测量误差与大地高高差测量误差，距离有关。则对应不同垂线偏差精度及基线长度时，对GNSS测量大地高高差精度有以下要求，见表1：
表1
由表1可知，对于给定的mθ，随L的增大，对于mΔh的要求不断变大，但是基线长度不宜过大，否则求得的垂线偏差受大地水准面变化的影响，因此要求基线长度L在50-100m。
为了求得现阶段短基线大地高高差测量精度mΔh，发明人在一个空旷平坦的地区布设了3个近距离测点，分别记为测点A′、测点B′、测点C′，构成的基线A′B′、A′C′、B′C′长度分别为53.980m、77.530m、64.996m；进行GNSS高频同步观测(采样率为1s)；然后以45min为一个时间段进行解算得到每条基线的26个大地高高差构成一组序列，共得到3组序列；对每组序列进行统计分析，分别得到基线A′B′、A′C′、B′C′的大地高高差rms值为1.2mm、1.0mm、2.0mm，因此可以认为现阶段GNSS测量短基线大地高高差的精度可达到2mm。
以现阶段直接测得的大地高高差直接进行求解垂线偏差的话，由于受本身精度的制约是不能达到表1任何一种精度要求的。为解决直接测得大地高高差精度不足的问题，本发明采用滑动平均的方法，即在求解时采用滑动截取时间段的做法，将总时段分成n个短的时间段，分别求解大地高高差，得到n个大地高高差，然后取平均值得到Δh'用来代替Δh。
此时Δh'的精度满足下式：
对公式(5)全微分得：
由公式(11)可知后两项相对于前两项是微小量，可以忽略不计，则由误差传播定律可得垂线偏差二分量的方差：
其中，mξ表示卯酉圈分量，mη表示子午圈分量；mθ1、mθ2分别表示第一方向垂线偏差分量和第二方向垂线偏差分量；
由于两条基线都属于短基线，且在相同观测条件下，则可以认为mθ1＝mθ2＝mθ，因此，公式(12)可以变换为：
将公式(10)代入公式(13)即可得到垂线偏差分量精度计算的通用公式：
分析公式(14)可知ξ、η的精度受基线之间的夹角影响明显，显然两基线正交时，垂线偏差的二分量的方差最小，且不相关，此时：
所以应尽量在两正交方向上选取垂线偏差辅助测点。
下面结合附图以及具体实施方式对本发明作进一步详细说明：
如图1所示，本发明实施例首先公开了一种垂线偏差测量装置，该测量装置包括三脚架、GNSS接收机和流体静力水准测量装置。
三脚架1有四个，每个三脚架1上安装一个对中整平基座2。
GNSS接收机3有四个，每个GNSS接收机3分别位于一个对中整平基座2的上方。
在对中整平基座2与对应的GNSS接收机3之间设有一个连接件4。
连接件4的下端与对中整平基座2相连，连接件的上端与GNSS接收机3相连。
具体的，在对中整平基座2上设有固定套筒，在固定套筒侧部设有紧固螺栓。连接件4的下端伸入到固定套筒内，并通过所述紧固螺栓固定。
连接件3的上端设有外螺纹，在GNSS接收机3的下部设有与外螺纹匹配的内螺纹。
通过上述设计，可以很好实现对中整平基座2与GNSS接收机3之间的连接。
在GNSS接收机3上内置有GNSS接收机天线。
在连接件3上还设有一个水平向外伸出的固定杆5，在固定杆的末端设有导管固定部6。
流体静力水准测量装置包括一个蓄水桶7和四根导管，例如导管8。
在蓄水桶7的侧壁下部开设有四个出水孔，每根导管8安装于其中一个出水孔位置。在蓄水桶7上还设有进水口，用于向蓄水桶内注水。
每个出水孔位置分别安装一个水流控制阀门，例如水流控制阀门9。
每根导管8的末端分别安装于其中一个导管固定部6上。
与现有技术相比，本发明中的垂线偏差测量装置具有可全天候作业，效率高，工作量小，节约人力物力，成本低等优势。
此外，本发明还提出了一种垂线偏差测量方法，该方法基于上述垂线偏差测量装置。
具体的，一种垂线偏差测量方法包括如下步骤：
s1.垂线偏差测量装置的安置，如图2所示：
在测区内选择一点作为垂线偏差测点O，在经过垂线偏差测点的第一方向上选择两个垂线偏差辅助测点A、B，在经过垂线偏差测点的第二方向上选择两个垂线偏差辅助测点C、D。
第一方向和第二方向为正交方向，且第一方向上两个垂线偏差辅助测点A、B之间的距离与第二方向上两个垂线偏差辅助测点C、D之间的距离相等。
第一方向上垂线偏差辅助测点A、B之间的距离或第二方向上垂线偏差辅助测点C、D之间的距离范围为50-100m，在此距离范围内的垂线偏差可以认为呈线性变化。
每个三脚架1分别布置于其中一个垂线偏差辅助测点位置。
在每个三脚架上依次安装好对中整平基座2和GNSS接收机3，利用对中整平基座将GNSS接收机与对应的垂线偏差辅助测点进行对中操作，并保持GNSS接收机水平。
将蓄水桶7放置于垂线偏差测点O位置。
将各个导管8的末端分别移动至对应的导管固定部6位置，将每根导管的读数零刻度线分别与对应的GNSS接收机天线相位中心标志水平对准，然后固定好导管。
上述设计可以将对垂线偏差辅助测点的量测转换为GNSS接收机3天线相位中心的量测，减少了人工测量仪器引入的误差高，提高了大地高高差测量的精度。
此外，上述设计还方便了流体静力水准测量装置对水准高差的量测。
关闭所有的水流控制阀门9，向蓄水桶7内注满水，注水完成后静置一段时间，以便将蓄水桶7内的气泡尽量除尽；然后打开各个水流控制阀门9，各个导管通水完成后静置一段时间，以便除尽导管内气泡；通过上述两个操作，能够尽量避免因气泡引起的读数误差。
s2.利用垂线偏差测量装置获得GNSS观测数据及水准高差
首先打开GNSS接收机进行数据采集前的相应设置，如采样间隔，截止高度角等，然后开始进行高频GNSS观测；与此同时，通过流体静力水准测量装置进行多次测量，然后利用测量得到的结果计算得到第一方向和第二方向上的水准高差ΔHAB、ΔHCD；一般情况流体静力水准测量装置的测量次数不小于三次，即至少在GNSS观测开始时、GNSS观测中间以及GNSS观测结束时各测量一次。通过流体静力水准测量装置对水准高差的多次测量，一方面可以排除粗差的影响，另一方面多次测量求平均值也可以提高水准高差的测量精度。
另外，在利用流体静力水准测量装置测量时，采用目视接触法测量导管内液面的位置，即利用转动测微器带动触针上下移动，当触针移动到触针尖端的实像和虚像正好接触时，由目视测定，而液面的位置读数则由测微鼓读出，目视接触法精度高，其最小读数可达0.01mm。
s3.获得第一方向和第二方向上的大地高高差、基线长度以及方位角
在解算两正交方向上的大地高高差时，为了得到符合精度要求的大地高高差使用了滑动平均的方法，即在求解时采用滑动截取时间段的做法，将总时段分成n个短的时间段，分别求解大地高高差，得到n个大地高高差，然后取大地高高差的平均值Δh'代替大地高高差Δh。
具体的，GNSS观测数据采集完成后，利用GNSS数据处理软件采用滑动平均法对垂线偏差辅助测点A、B、C、D四点进行解算，得到第一方向和第二方向上的大地高高差平均值Δh'AB、Δh'CD，基线长度LAB、LCD，以及方位角AAB、ACD。
由于本发明利用滑动平均法对垂线偏差辅助测点A、B、C、D四点进行解算，因而得到的第一方向和第二方向上的大地高高差平均值Δh'AB、Δh'CD精确度更高。
s4.求得垂线偏差测点O的垂线偏差子午圈分量和卯酉圈分量及精度
将求得的第一方向上的水准高差ΔHAB、大地高高差平均值Δh'AB、基线长度LAB以及第二方向上的水准高差ΔHCD、大地高高差平均值Δh'CD、基线长度LCD分别代入公式(16)，得到垂线偏差测点在第一方向上的垂线偏差分量θAB以及在第二方向上的垂线偏差分量θCD；
然后将第一方向上的垂线偏差分量θAB、方位角AAB以及第二方向上的垂线偏差分量θCD、方位角ACD分别代入公式(17)，得到公式(18)：
θ＝ξcosA+ηsinA(17)
求解上述公式(18)得到公式(19)，即垂线偏差的卯酉圈分量ξ、子午圈分量η；
其中，ρ为一弧度对应的角秒值，ρ＝206265；
卯酉圈分量ξ、子午圈分量η对应的精度计算公式如公式(20)所示：
其中，mξ表示卯酉圈分量，mη表示子午圈分量，L表示基线长度，mΔh表示大地高高差测量精度，n表示滑动平均时划分的时间段数。
本发明中的垂线偏差测量方法基于上述垂线偏差测量装置，并结合滑动平均法处理能够快速高效获得测区内测点的高精度垂线偏差，结果可靠，精度较高。
优选地，本发明中GNSS观测的时间不小于6.5小时，其原理如下：
由公式(20)可知，垂线偏差分量的计算精度与基线长度L，方位角及其所构成的夹角，利用GNSS测量的大地高高差精度及滑动平均时划分的时间段数n有关。
由于要求两基线方向正交，则上式中间项，即与方位角及其所构成的夹角有关的式子的取值趋近于1，所以可以忽略不计；又因现阶段GNSS测量短基线大地高高差的精度能够达到2mm，所以认为mΔh是一个定值，为2mm；则应用该装置测量垂线偏差分量的计算精度主要与基线长度L和滑动平均时划分的时间段数n有关。
而划分的时间段数又由该装置进行GNSS观测的总时长决定。所以考虑最不利的条件下，即基线长度为50m，要使垂线偏差分量的精度达到1角秒，经公式(24)反算计算n的取值为69；又因为经分析利用GNSS高频观测(采样率1秒)，滑动的步长不应小于5min，划分的时间段长度不应小于30min，否则求取的垂线偏差分量的精度不好，所以GNSS的观测时间只要不少于6.5小时，利用该装置测量垂线偏差分量的精度在50-100m完全可以达到1角秒，即《天文大地测量规范》中对垂线偏差测量分量的三等精度要求。如果观测时间继续延长，n会变大，测量精度会更高，即利用该装置测量获得的垂线偏差分量的精度可以达到《天文大地测量规范》中对垂线偏差测量分量的三等精度甚至更高。
当然，以上说明仅仅为本发明的较佳实施例，本发明并不限于列举上述实施例，应当说明的是，任何熟悉本领域的技术人员在本说明书的教导下，所做出的所有等同替代、明显变形形式，均落在本说明书的实质范围之内，理应受到本发明的保护。
Claims (10)
1.一种垂线偏差测量装置，其特征在于，包括三脚架、GNSS接收机和流体静力水准测量装置；所述三脚架有四个，每个三脚架上安装一个对中整平基座；
所述GNSS接收机有四个，每个GNSS接收机分别位于一个对中整平基座的上方；
在对中整平基座与对应的GNSS接收机之间设有一个连接件；
连接件的下端与对中整平基座相连，连接件的上端与GNSS接收机相连；
在连接件上还设有一个水平向外伸出的固定杆，在固定杆的末端设有导管固定部；
流体静力水准测量装置包括一个蓄水桶和四根导管；
在蓄水桶的侧壁下部开设有四个出水孔，每根导管安装于其中一个出水孔位置；
每个出水孔位置分别安装一个水流控制阀门；
每根导管的末端分别安装于其中一个导管固定部上。
2.根据权利要求1所述的一种垂线偏差测量装置，其特征在于，所述垂线偏差测量装置用于测量测区内某一点的垂线偏差；
定义该点为垂线偏差测点，在经过垂线偏差测点的第一方向上选择两个垂线偏差辅助测点，在经过垂线偏差测点的第二方向上选择两个垂线偏差辅助测点；
所述第一方向和所述第二方向为正交方向，且第一方向上两个垂线偏差辅助测点之间的距离与第二方向上两个垂线偏差辅助测点之间的距离相等；
每个三脚架分别布置于其中一个垂线偏差辅助测点位置。
3.根据权利要求2所述的一种垂线偏差测量装置，其特征在于，所述第一方向/第二方向上两个垂线偏差辅助测点之间的距离范围为50-100m。
4.根据权利要求2所述的一种垂线偏差测量装置，其特征在于，每根导管的读数零刻度线分别与对应的GNSS接收机天线相位中心标志水平对准。
5.根据权利要求1所述的一种垂线偏差测量装置，其特征在于，所述对中整平基座上设有固定套筒，在固定套筒侧部设有紧固螺栓；
连接件的下端伸入到固定套筒内，并通过所述紧固螺栓固定；
连接件的上端设有外螺纹，在GNSS接收机的下部设有与所述外螺纹匹配的内螺纹。
6.一种垂线偏差测量方法，采用如权利要求1所述的垂线偏差测量装置，其特征在于，所述垂线偏差测量方法包括如下步骤：
s1.垂线偏差测量装置的安置
在测区内选择一点作为垂线偏差测点O，在经过垂线偏差测点的第一方向上选择两个垂线偏差辅助测点A、B，在经过垂线偏差测点的第二方向上选择两个垂线偏差辅助测点C、D；
所述第一方向和所述第二方向为正交方向，且第一方向上两个垂线偏差辅助测点A、B之间的距离与第二方向上两个垂线偏差辅助测点C、D之间的距离相等；
第一方向/第二方向上两个垂线偏差辅助测点之间的距离范围为50-100m；
每个三脚架分别布置于其中一个垂线偏差辅助测点位置；
在每个三脚架上依次安装好对中整平基座和GNSS接收机，利用对中整平基座将GNSS接收机与对应的垂线偏差辅助测点进行对中操作，并保持GNSS接收机水平；
将蓄水桶放置于垂线偏差测点位置；
将各个导管的末端分别移动至对应的导管固定部位置，将每根导管的读数零刻度线分别与对应的GNSS接收机天线相位中心标志水平对准，然后固定好导管；
关闭所有的水流控制阀门，向蓄水桶内注满水，注水完成后静置一段时间；
打开各个水流控制阀门，各个导管通水完成后静置一段时间；
s2.利用垂线偏差测量装置获得GNSS观测数据及水准高差
首先打开GNSS接收机进行数据采集前的相应设置，然后开始进行高频GNSS观测；
与此同时，通过流体静力水准测量装置进行多次测量，然后利用测量得到的结果计算得到第一方向和第二方向上的水准高差ΔHAB、ΔHCD；
s3.获得第一方向和第二方向上的大地高高差、基线长度以及方位角
GNSS观测数据采集完成后，利用GNSS数据处理软件采用滑动平均法对垂线偏差辅助测点A、B、C、D四点进行解算，得到第一方向和第二方向上的大地高高差平均值Δh'AB、Δh'CD，基线长度LAB、LCD，以及方位角AAB、ACD；
s4.求得垂线偏差测点O的垂线偏差子午圈分量和卯酉圈分量及精度
将求得的第一方向上的水准高差ΔHAB、大地高高差平均值Δh'AB、基线长度LAB以及第二方向上的水准高差ΔHCD、大地高高差平均值Δh'CD、基线长度LCD分别代入公式(1)，得到垂线偏差测点在第一方向上的垂线偏差分量θAB以及在第二方向上的垂线偏差分量θCD；
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然后将第一方向上的垂线偏差分量θAB、方位角AAB以及第二方向上的垂线偏差分量θCD、方位角ACD分别代入公式(2)，得到公式(3)：
θ＝ξcosA+ηsinA(2)
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求解上述公式(3)得到解(4)，即垂线偏差的卯酉圈分量ξ、子午圈分量η；
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其中，ρ为一弧度对应的角秒值，ρ＝206265；
卯酉圈分量ξ、子午圈分量η对应的精度计算公式如公式(5)所示：
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其中，mξ表示卯酉圈分量，mη表示子午圈分量，L表示基线长度，mΔh表示大地高高差测量精度，n表示滑动平均时划分的时间段数。
7.根据权利要求6所述的一种垂线偏差测量方法，其特征在于，所述步骤s2中，所述GNSS观测的时间不小于6.5小时。
8.根据权利要求6所述的一种垂线偏差测量方法，其特征在于，所述步骤s2中，流体静力水准测量装置的测量次数不小于三次，即至少在GNSS观测开始时、GNSS观测中间以及GNSS观测结束时各测量一次。
9.根据权利要求6所述的一种垂线偏差测量方法，其特征在于，所述步骤s2中，在利用流体静力水准测量装置测量时，采用目视接触法测量导管内液面的位置，即利用转动测微器带动触针上下移动，当触针移动到触针尖端的实像和虚像正好接触时，由目视测定，而液面的位置读数则由测微鼓读出。
10.根据权利要求6所述的一种垂线偏差测量方法，其特征在于，所述步骤s3中，滑动平均法采用的滑动步长不小于5min。
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